Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Развитие субъекта образования проблемы, подходы, методы исследования
.pdf
261
2. Задачи на распознавание и предсказание физических
явлений. В них даны условия возникновения и динамика яв
ления. Надо выяснить, какое это явление, произойдет ли оно
при заданных условиях. Условная запись структуры задачи:
3. Задачи на определение условий возникновения явле
ния. В них указано явление, которое должно возникнуть.
Надо выяснить, при каких условиях это произойдет. Услов
ная запись структуры задачи:
При анализе условий задачи необходимо учитывать ее
формулировку. Тексты качественных физических задач могут
быть сформулированы поразному: а) на физическом языке;
б) частично на физическом языке, частично на житейском;
в) только на житейском языке. Наше исследование проведе
но на материале решения качественных физических задач,
частично сформулированных на житейском языке, частич
но — физическом. Это требовало от ученика использовать
как учебный, так и спонтанно накопленный опыт.
При подготовке экспериментального материала мы преж
де всего следовали положению Л.Н.Ланды о том, что степень
эвристичности задачи во многом определяется следующими
параметрами: 1) необходимостью осуществления «переско
ка», быстрого перехода, из одного — отчетливо выраженно
го — поля поиска в другое — скрытое условиями задачи; 2)
степенью отдаленности полей, условно говоря «длиной пере
скока»; 3) степенью наталкивающего влияния условий зада
чи на поиск теоретических положений в отчетливо выражен
ном поле, условно говоря «наталкивающей силой» условий
задачи (Ланда, 1970).
Другое важное для разработки экспериментального мате
риала положение: о неравнотрудности для учащихся задач
этих типов. В работах Г.А.Вайзер показано, что в задаче пер
вого типа больше информации (дано А и В) и имеется прямо
сформулированный вопрос (почему: если А, то В), способ
262
ствующий актуализации учебного опыта. В задачах второго и
третьего типов меньше информации (дано либо А, либо В),
прямо сформулированный вопрос направляет школьника на
поиск неизвестного (либо В, либо А). При этом ученик может
найти неизвестное (А или В) только на основе житейских зна
ний и фактически свести задачи второго и третьего типа к
первому. Но для этого необходимо проявить активность и са
мостоятельно поставить перед собой новый вопрос (Почему
если А, то В?), что требует затем выхода в учебный опыт. Оче
видно, что в процессе выдвижения и проверки гипотез ему
надо использовать все составляющие субъектного опыта, осо
бенно для нахождения оригинальных решений. Таким обра
зом, задачи второго и, особенно, третьего типов, по сравне
нию с задачами первого типа, обладают более высокой степе
нью эвристичности.
7.2. Процесс выдвижения и проверки
гипотез при решении задач с высокой
степенью эвристичности
При проведении диагностического эксперимента мы исполь
зовали методику «Рассуждай вслух». Учащимся предлагалось
решать задачу вслух, высказывая все возникающие у него
версии (гипотезы) ответа. По ходу решения экспериментатор
задавал уточняющие вопросы, чтобы прояснить, что являет
ся основой для выдвижения и проверки гипотез: житейские
знания; образ физической ситуации; знания, сложившиеся в
предшествующем учебном опыте ученика; теоретические по
ложения, соответствующие усваиваемому материалу курса
физики; мысленный физический эксперимент. В ходе реше
ния ученику предлагалось также использовать рисунок для
пояснения своих гипотез, разрешалось реально произвести
физический эксперимент, особенно в тех случаях, когда воз
никали сомнения, затруднения при проверке гипотез. Для
того чтобы выявить чувствительность ученика к педагогичес
кой команде, экспериментатор использовал и завуалирован
263
ные вопросыподсказки «А что еще?», «Как подругому … ?»,
«Больше нет версий?» и т.п. Эти вопросыподсказки были
направлены на то, чтобы дать испытуемому понять, что воз
можные гипотезы не исчерпаны.
Экспериментатор фиксировал внешне выраженные пока
затели процессов выдвижения и проверки гипотез (обоснова
ние гипотез, их содержание, развернутость рассуждений или
внезапное возникновение новых предположений, паузы, «ту
пики» в рассуждениях, зацикливание на одном направлении
поиска, принятие помощи экспериментатора или отказы от
нее и т.д.).
Отбор испытуемых проводился по следующим критери
ям: высокий уровень успеваемости, знание теоретических
положений, входящих в область поиска решения, широкий
кругозор, определяемый собственным жизненным опытом.
Столь жесткие критерии были использованы для того, чтобы
исключить влияние тривиальных факторов: незнание учеб
ного материала и узость собственного опыта школьника.
Эксперименты проводились в Развилковской средней школе
Московской области. Испытуемыми были учащиеся VII—XI
классов. Всего было обследовано 30 испытуемых. Среди них
были участники физических олимпиад, слушатели курсов для
1
поступающих в ВУЗы
.
Экспериментальный материал включал качественную
физическую задачу третьего типа, сформулированную час
тично на физическом, частично на житейском языке. Высо
кая степень эвристичности задачи определялась следующим:
1) при выдвижении и проверке гипотез следовало использо
вать достаточно полно субъектный опыт (обе его составляю
щие), 2) ученик сам должен был определить критерии справед
ливости или правдоподобности гипотез (опора на жизненный
опыт, теоретические положения, физический эксперимент и
т.д. или только на интуицию), 3) поскольку задача имела не
одно, а несколько решений, ученику необходимо было опре
1
Особую группу составили взрослые (в частности, выпускники школы,
поступившие в технические ВУЗы). Однако в данной главе мы эти дан
ные не рассматриваем.
264
делить критерии достаточности количества решений и обо
сновать, что количество гипотез исчерпано, 4) ученику пред
стояло определить и продуктивность «свежего опыта», кото
рый мог неоднозначно влиять на направление поиска: в од
них ситуациях способствовать нахождению новых гипотез, в
других — создавать психологический барьер, создавать сте
реотип, который следовало преодолеть, чтобы выйти на нео
бычное и даже парадоксальное решение, 5) область теорети
ческих положений, связанных с задачей, состояла из двух не
равноценных для ученика полей, так как условие задачи
наталкивало на работу в одном поле, а ученику для получения
решения необходимо было преодолеть наталкивающее влия
ние задачи и самостоятельно осуществить переход («пере
скок» — термин, предложенный Л.Н.Ландой) из одного поля
поиска решения в другое.
Поскольку эксперименты планировались провести в раз
ных классах, мы выбрали для эксперимента задачу, в процес
се решения которой учащимся требовалось актуализировать
знание теоретических положений из темы «Закон Архимеда»,
которую изучают в VII классе (первый год обучения физике).
Использование этих знаний и собственного опыта ученика
было достаточно для выдвижения и проверки большого коли
чества гипотез.
Приведем текст задачи.
«Брусок из березы находится в аквариуме с водой. Как можно увеличить
или уменьшить архимедову силу, действующую на этот брусок?»
При этом в распоряжении испытуемых был реальный сосуд с водой, а
в нем — брусок из березы.
Субъектный опыт школьника, достаточный для получе
ния как стандартных, так и нестандартных (даже парадок
сальных) решений, включает обе составляющих (учебный
опыт по теме «Закон Архимеда» и спонтанно накопленный
опыт, в частности, донаучные, житейские знания).
Остановимся на составляющих субъектного опыта более
подробно. Сначала о содержании учебного опыта.
265
Известные ученикам теоретические положения по теме «Закон Архимеда».
1.Формулировка закона Архимеда: сила, выталкивающая целиком по
груженное в жидкость (или газ) тело, равна весу жидкости (или газа) в
объеме этого тела.
2.Математическая зависимость архимедовой силы от плотности жидко
сти (газа), коэффициента g и объема погруженной в жидкость (газ) ча
сти тела: FA=rgVт.
3.Направление архимедовой силы. Архимедова сила направлена вверх
в сторону, противоположную силе тяжести. (Рис.111).
4. FA= F2— F1 как равнодействующая двух сил.
5.Условия (причины) возникновения архимедовой силы:
а) внутри жидкости (газа) есть давление, возникающее вследствие дей
ствия силы тяжести;
б) есть слой, передающий давление жидкости.
Рис. 111.
Научные знания, которые ученик сохраняет в своим опы
те, полученном на предшествующих этапах обучения. Неко
торые из них значимы для решения задачи.
1. Значение коэффициента g частично зависит от места проведения
опыта ( у экватора — меньше, у полюса — больше).
2. При нагревании тела расширяются за счет увеличения межмолеку
лярных промежутков, при охлаждении — сжимаются за счет уменьше
ния межмолекулярных промежутков. Особенности теплового расшире
ния воды: при охлаждении от 4°С до 0°С вода расширяется, а при нагре
вании от 0°С до 4°С — сжимается.
3. Если тело и подставка, на которой оно лежит, будет свободно падать,
то такое тело перестанет давить на подставку. Следовательно, в этом
случае вес тела будет равен нулю.
4. Космический корабльспутник и все, что находится в кабине, обра
266
щается вокруг Земли как бы непрерывно свободно падая на Землю.
Следовательно, любое твердое тело не давит на подставку, жидкость не
давит на дно и стенки, не вытекает через отверстие в сосуде. Вес любо
го тела равен нулю. Иначе говоря, все тела в космическом кораблеспут
нике находятся в состоянии невесомости1.
5. Знания из математики: если одно из сомножителей увеличивается
(уменьшается) в несколько раз, то произведение увеличится (умень
шится) во столько же раз. Если один из сомножителей равен нулю, то
все произведение равно нулю.
Нетрудно видеть, что вся область теоретических положе
ний, составляющих школьные знания по теме «Закон Архиме
да» может быть представлена в виде двух полей: в одном поле
(№ 1—4) явно выражены (словесно и в виде формул) количе
ственные параметры архимедовой силы, являющейся вектор
ной величиной, в другом (№5) отражено генетическое опреде
ление архимедовой силы. Заметим, что теоретические положе
ния №1—4 в учебнике четко выделены, ученик должен их
выучить, а затем использовать при решении задач. Что касает
ся последнего положения(№5), то оно содержательно раскры
то при выводе формул, но четко не выделено и не сформули
ровано (например, в виде генетического определения или в
виде логической схемы признаков физического явления).
Анализ методической организации тренировочной рабо
ты в школе по данной теме показывает, что условия предъяв
ляемых стандартных задач наталкивают учащихся на работу в
поле формул (№1—4). Складывающийся у школьников учеб
ный опыт может быть использован при выдвижении и про
верке гипотез в ходе решения диагностической задачи: изме
нить — увеличить или уменьшить: а) плотность жидкости
(газа), б) коэффициент g, в) объем погруженной части тела.
Заметим, что работа в поле формул может привести к возник
новению «свежего опыта» (термин, предложенный А.Г.Азарян) и
созданию следующих стереотипов: если брусок, который ча
стично был погружен в воду, приподнимать, то архимедова
1
В IX классах учащиеся углубляют знания о невесомости, полученные
ранее при чтении популярной литературы, просмотре телепередач, ки
нофильмов и т.д. Но их первоначальным источником не является
школьное знание.
267
сила уменьшается, а если опускать до полного погружения, то
архимедова сила увеличивается; если после полного погруже
ния бруска в воду его продолжать опускать, то архимедова
сила не изменяется.
Одно из нестандартных решений состоит в том, что бру
сок следует двигать вниз, т.е. преодолеть сложившиеся барь
еры, затем положить на дно и притереть какимлибо спосо
бом, чтобы под брусок не попала вода. Процессы возникно
вения и проверки гипотез, приводящие к нестандартному
решению, включают переход из поля формул в поле условий
возникновения архимедовой силы. Результатом этого перехо
да является выдвижение гипотезы о том, что можно умень
шить архимедову силу до нуля, если устранить хотя бы одно
из условий её возникновения (например, убрать между брус
ком и дном слой воды, передающий давление жидкости).
Привлекая в ходе размышлений ранее полученные зна
ния, в частности, из научных источников, ученик может по
лучить и другие нестандартные решения. Так, преодолевая
стереотип (опыт происходит на Земле), ученик может выска
зать предположение, что в космическом корабле архимедова
сила както изменится. Но для выдвижения и проверки дан
ной гипотезы необходим либо переход из поля формул в поле
условий возникновения физического явления, либо времен
ный выход из области теоретических положений в область
внеучебного знания. В последнем случае в субъектном опы
те школьника происходит переход от одной его составляю
щей (учебный опыт оперирования знанием о законе Архиме
да) к другой (опыт, включающий донаучные, житейские зна
ния, внеучебные научные знания).
Перейдем к содержанию спонтанно накопленного опыта.
Рассмотрим (хотя бы частично), какие донаучные знания
могут храниться в опыте ученика, а также знания из других
(не школьных) источников.
1. Все тела в воде становятся легче.
2. Вода выталкивает тела вверх.
3. Тяжелые тела тонут, а легкие плавают.
268
4. В море на глубине давление больше.
5. Морская вода выталкивает сильнее, чем пресная.
6. В космическом корабле воду не нальешь из чайника в стакан, как на Зем
ле. При толчке шарики воды как бы «парят» в кабине корабляспутника.
Естественно, что при решении нашей задачи ученик мог
выдвигать гипотезы и проверять их, исходя из своего опыта.
Так, знание о действии морской воды на погруженные в них
тела могло стать основой для выдвижения гипотезы: если
воду посолить, то архимедова сила станет больше. Но для
проверки этого предположения следовало перейти из облас
ти житейских знаний в область теоретических положений.
Свобода такого рода взаимопереходов также определяла сте
пень эвристичности экспериментальной задачи и позволяла
нам выявить влияние обоих составляющих субъектного опы
та школьника на процессы выдвижения и проверки гипотез.
В рамках данной работы рассмотрим лишь результаты ка
чественного анализа выдвинутых гипотез и их проверки.
Обратимся сразу к фрагментам протокола эксперимента
с испытуемым Антоном Г. (усп.4—5, VIII кл.). В скобках для
удобства укажем номера гипотез.
И. (1) Можно приложить силу и погрузить тело под воду. Тогда объем
погруженной части тела увеличится. По формуле FA= rgVт видно, что и
FA увеличится.
(2) Возможны вариации с жидкостью. Увеличим плотность жидкости и
архимедова сила увеличится.
(3) Третьей буквой в формуле стоит коэффициент g , который зависит от
широты местности. Если изменить место проведения опыта, то и архиме
дова сила будет меняться. Все. Все компоненты формулы рассмотрены.
Из приведенного фрагмента протокола (гипотезы 1—3)
видно, что испытуемый сразу и без всяких колебаний начинает
выдвигать исходную гипотезу на основе анализа формулы. Он
рассматривает далее зависимость архимедовой силы от каждой
физической величины, входящей в формулу, отдельно. Шаг за
шагом рождаются новые гипотезы, которые обосновываются
с точки зрения научных знаний. Отметим, что при выдвиже
нии первой гипотезы испытуемый исходит из того, что F
A
за
висит от объема подводной части тела и из жизненного опыта:
269
можно увеличить эту часть до максимального значения, при
ложив силу. Для проверки своего предположения испытуемый
проводит более глубокий анализ формулы (видимо, используя
свой опыт оперирования знаниями из математики) и делает
правильный вывод. При выдвижении второй гипотезы испы
туемый исходит из того, что F
зависит от плотности жидко
A
сти, и из обобщенного жизненного опыта: возможны вариа
ции с жидкостью (без конкретизации этих вариаций). Способ
проверки гипотезы сохраняется. Что касается третьей гипоте
зы, то испытуемый исходит из того, что F
зависит от коэффи
A
циента g, который зависит от широты места (без конкретиза
ции характера этой зависимости). Проверка гипотезы осуще
ствляется на основе формулы в свернутом виде (ученик вовне
не выражает результат анализа формулы: с увеличением g уве
личивается F
). Критерием завершения процессов выдвиже
A
ния гипотез и их проверки является осознание того факта, что
все три зависимости архимедовой силы от других физических
величин, отраженные в формуле, были использованы.
Однако испытуемый не вышел за пределы поля формулы.
Поэтому экспериментатор задает вопрос.
Э. А как еще можно увеличить или уменьшить архимедову силу?
И. (немного подумав) выдвигает гипотезу (4). Надо учитывать еще ат
мосферное давление… (пауза) Увеличение атмосферного давления —
это все равно, что приложить к бруску силу и втолкнуть его во внутрь
жидкости…(пауза) Внутри воды объем тела не меняется, следовательно,
архимедова сила неизменна. Т.е. мы получили максимальное значение
архимедовой силы за счет объема тела, самой тяжелой жидкости и пе
ремещения аквариума с бруском на полюс.
Фактически это — обобщение сказанного о способах уве
личения архимедовой силы. Поиск решения продолжается в
поле работы с формулой F
= rgVт, и испытуемому не удает
A
ся поменять направление поиска решения. Перебираются в
уме все явные признаки (зависимости) архимедовой силы и,
когда такой перебор осуществлен, прекращается решение за
дачи. Но в памяти у испытуемого есть знания и об условиях
возникновения выталкивающей силы, которые не были ис
пользованы при решении задачи.
270
Экспериментатор задает вопрос, который помогает осо
знать один из критериев прекращения поиска решения (ма
тематическое понятие максимального и минимального зна
чения величины, физическое понятие о предельных значени
ях физической величины для данного физического явления.
Например, при нагревании твердого тела его температура
увеличивается до температуры плавления).
Э. А минимальное значение силы как можно получить?
И. (5) Если тело будет соприкасаться с водой, то в этом случае объем
погруженной части тела минимальный, и сама архимедова сила мини
мальная.
(6) Перенесем тело в газ. Плотность уменьшается, а вместе с ней умень
шается и сила …(пауза)
(7) В вакуум поместим. Архимедова сила станет равной нулю.
(8) Можно перенести эксперимент на экватор.
Э. (уточняет в целях сужения области поиска). Можно ли еще сделать
архимедову силу равной нулю?
И. Нет, так как объем тела изменить до нуля нельзя.
Испытуемый при выдвижении и проверке гипотез 5—8 по
прежнему ориентируется на формулу F
=rgVт, но использует
A
более полно житейские знания (о среде, в которой может на
ходиться тело: жидкость, газ, безвоздушное пространство). На
данном этапе испытуемому так и не удалось выйти в другое
поле поиска решения. Видимо, у него достаточно хорошо
сформирована система умственных операций, направленных
на анализ математических зависимостей физических величин.
Испытуемый последовательно и логично строит свои рассуж
дения и обоснования. Кроме того, у него с самого начала ре
шения задачи складывается «свежий опыт» оперирования
формулой F
=rgVт в новых условиях. Это выражается в том,
A
что ученик последовательно использует знания о зависимости
от трех величин: плотности среды, географической широты
F
A
места проведения опыта, объема погруженной части тела. Од
нако «свежий опыт» приводит к «зацикливанию решения», т.е.
ориентирует лишь на поиск новых конкретных ситуаций, в
которых реализуются эти зависимости. Чтобы преодолеть не
гативное влияние сложившегося и складывающегося «свеже
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]